Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
В 1976 году советские ученые приступили к работе по созданию многоразовой космической системы, в которую входили ракета-носитель «Энергия» и орбитальный корабль «Буран». Объединив лучших специалистов Академии наук СССР, конструкторских бюро, отраслевых институтов и предприятий, этот проект стал самым масштабным в истории отечественной космонавтики. О том, как создавались материалы для защиты МКС, рассказывает генеральный директор Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов, академик РАН Евгений Николаевич Каблов.
— Евгений Николаевич, какая роль отводилась ВИАМ в проекте «Энергия-Буран»?
— Нам предстояло построить полноценную систему тепловой защиты многоразовой космической системы. Основной проблемой было создание новых теплозащитных материалов с диапазоном работы от минус 130 до плюс 1600 градусов по Цельсию. Эти материалы должны были защищать наиболее важные элементы конструкции «Бурана», не разрушаясь и не теряя свою геометрическую форму на различных этапах полета.
— Как началась работа по созданию теплозащиты?
— Главным конструктором проекта «Энергия-Буран» стал генеральный директор НПО «Молния» Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский. В начале февраля 1976 года он приехал к нам на улицу Радио и рассказал о предстоящей работе и о необходимости создания для «Бурана» новых материалов. Особый акцент Глеб Евгеньевич сделал на проблеме тепловой защиты многоразового космического корабля и подчеркнул, что решение этой проблемы целиком ложится на ВИАМ. При этом предупредил, что устаревшие, недостаточно смелые, «спокойные» решения его не устроят.
Перед специалистами ВИАМ была поставлена задача: создать материалы и технологии, позволяющие ремонтировать теплозащитное покрытие в открытом космосе. Конструкторы предполагали, что «Буран» перед стыковкой с орбитальной станцией «Мир» должен был сделать поворот вокруг своей оси, чтобы космонавты могли визуально оценить целостность элементов теплозащиты. Если оказалось бы, что какие-то плитки разрушились или отлетели, космонавт должен был выйти в космос и заменить их.
— Что представляла собой теплозащита?
— Покрытие состояло из отдельных элементов — плиток теплозащитного материала из особо чистых кварцевых волокон с наружным стекловидным покрытием, которые крепилось к корпусу «Бурана» через демпфирующую фетровую подложку, которая, в свою очередь, приклеивалась к плитке с помощью эластичного клея. На 90% плитки состояли из воздуха, чтобы достичь минимальных показателей теплопроводности. А для защиты стыков многослойных теплозащитных элементов специалисты ВИАМ разработали специальные «жгуты-герметики». Однако для создания основы теплозащитной плитки необходимо было получить особо чистые пустотелые кварцевые волокна.
Процесс создания кварцевого волокна довольно сложен. Основная проблема в том, что материал должен быть объемным. Если волокно просто уложить слоями — плитка получится очень тонкой и с высокой плотностью. Поэтому кварцевые волокна нужно взбить как пуховую перину ? ведь воздух является самым лучшим теплоизолятором. Непростой задачей оказалось зафиксировать эту перину, для этого в ВИАМ разработали специальную технологию, фиксирующую волокна в виде жесткого объемного каркаса.
— Сколько всего было сделано плиток?
— Свыше 38 тысяч для одного орбитального корабля, и каждая крепилась на поверхности обшивки строго на своем месте и имела свою ответную поверхность в зависимости от своего расположения на корпусе «Бурана». Лишь шесть плиток были повреждены или утеряны при посадке (для сравнения – после каждого полета шаттла американцы недосчитывались около ста плиток). Но самое главное — мы первыми в мире осуществили посадку в автоматическом режиме с высочайшей точностью приземления: 15 метров — по длине и 3 метра — по ширине от заданной точки остановки корабля.
— Такая масштабная работа невозможна без кооперации…
— Безусловно. Более 1200 организаций около шестнадцати лет создавали систему «Энергия-Буран». К работе были привлечены специалисты конструкторских бюро, заводов, предприятий, научно-исследовательских институтов. Все исследования и разработки проводились нашим институтом в хорошо отлаженной кооперации со многими ведущими научными организациями и промышленными предприятиями страны. В процессе проектирования и изготовления теплозащитных элементов для «Бурана» впервые в стране удалось осуществить уникальную технологию производства огромного числа различных по форме деталей без чертежей, на основе компьютерных моделей и программ. Для того времени это было абсолютно пионерским делом – как первое применение цифровых технологий при проектировании и производстве сложных технических систем.
— Можете привести пример совместной работы ВИАМ и других организаций?
— К примеру, с внешней стороны орбитальный корабль «Буран» покрыт специальным многоразовым теплозащитным покрытием двух типов в зависимости от места установки. Наиболее теплонапряженные участки корпуса (кромки крыла, носовой кок) защитили разработанным углеродным композиционным материалом «Гравимол», выдерживающим температурные нагрузки до 1600 °С. Его наименование ? сокращенное название организаций, его разработавших, — НИИ «Графит», ВИАМ, и НПО «Молния».
— Кроме уникальной теплозащиты, какие еще были созданы материалы?
— В рамках программы «Энергия-Буран» были разработаны и внедрены новые марки алюминиевых, титановых, жаропрочных сплавов, высокопрочные стали и многое другое. В общей сложности ВИАМ создал 39 принципиально новых материалов и 230 технологий, но главное — это разработка теплозащитных материалов, которые по целому ряду характеристик превосходили американские аналоги, разработанные для системы «Спейс Шаттл».
Специалистами нашего института были разработаны углеродные материалы, фетр, клеи, разнообразные покрытия и уплотнительные материалы. Мало кто знает, что специально для «Бурана» был создан бериллиевый сплав для тормозной системы. Для «Бурана» созданы совершенно уникальные смазки, работоспособные при сверхнизких температурах в условиях глубокого вакуума. Не менее сложной задачей, успешно решенной, было создание стекол и рамок остекления для иллюминаторов.
— После полета «Бурана» какие чувства вы испытывали?
— Испытывал безмерное чувство гордости за нашу страну. Я понимал, что это огромный шаг вперед, прорыв, который продемонстрировал мощь нашей науки, промышленности и на много лет определил перспективы отечественной космонавтики. И знал, что в этой победе СССР — вклад и нашего института.
Сейчас отношение к полету разное, кто-то считает, что вся «многоразовая» программа была пустой тратой денег, другие полагают, что «Буран» был простой копией американского шаттла, третьи с пеной у рта доказывают, что ничего выдающегося в полете не было.
Могу сказать одно, деньги были потрачены не зря: создана уникальная ракетно-космическая система с кораблем многоразового использования (носитель выводил на орбиту 150 тонн полезной нагрузки), которая, кстати, стала серьезным тормозом в разработке американцами системы ПРО, поскольку им стало ясно, что адекватный ответ будет создан во вполне реальные сроки. Одно это оправдывает затраты.
Не стоит забывать и о том, что проекты такого масштаба и технического уровня существенным образом способствуют развитию отечественной науки и промышленности. Этот результат определил основные цели и направления фундаментальных и прикладных исследований.